加氫站技術(shù)考察報(bào)告

加氫站技術(shù)考察報(bào)告一、概述城市交通所造成的環(huán)境污染長(zhǎng)期以來一直困擾著人口、車輛密集的大、中型城市。以氫為燃料的燃料電池汽車有望徹底解決交通污染問題，因此，燃料電池車輛和氫能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展一直受到各國(guó)政府的重視。歐盟的“歐洲清潔城市交通計(jì)劃”（CleanUrbanTransportforEurope,CUTE）于2001年11月正式啟動(dòng)，并將于2006年5月結(jié)束。該項(xiàng)目在歐洲的9個(gè)城市同時(shí)進(jìn)行燃料電池大客車的商業(yè)示范運(yùn)行，在每個(gè)城市都配備了3輛由DaimlerChrysler公司提供的Citaro燃料電池大客車，并建有用于車輛燃料加注的高壓氫氣加氣站（加氫站）。與此同時(shí)，歐盟還在冰島進(jìn)行了名為“生態(tài)城市運(yùn)輸系統(tǒng)”（EcologicalCityTransportationSystem,ECOTS）的示范項(xiàng)目，同樣由3輛Citaro燃料電池大客車和一座加氫站進(jìn)行相關(guān)的商業(yè)運(yùn)行示范。這些示范項(xiàng)目一方面測(cè)試車輛和加氫站在商業(yè)規(guī)模條件下的性能表現(xiàn)，積累實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)；另一方面在公眾中普及氫、燃料電池和清潔交通的知識(shí)，提高公眾對(duì)燃料電池汽車和氫能基礎(chǔ)設(shè)施的認(rèn)知、接受程度，為將來燃料電池汽車的大規(guī)模應(yīng)用做好準(zhǔn)備。目前，這些示范項(xiàng)目的車輛和加氫站已經(jīng)普遍正式運(yùn)行了一年左右，在項(xiàng)目的規(guī)劃、籌備、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和管理等方面，都積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著國(guó)家863計(jì)劃電動(dòng)汽車專項(xiàng)和GEF/UNDP合作項(xiàng)目的開展，燃料電池大客車和加氫站的商業(yè)示范即將在我國(guó)進(jìn)行，因此，充分借鑒歐洲已有示范項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)就顯得十分必要。2004年9月11–25日，科技部組織考察團(tuán)先后考察了歐洲斯德哥爾摩、雷克雅未克、阿姆斯特丹、漢堡、盧森堡和斯圖加特等六個(gè)城市的燃料電池汽車和加氫站運(yùn)行情況，掌握了大量第一手的資料，獲取了豐富的信息，加以整理、分析后，可供我國(guó)正在進(jìn)行的相關(guān)項(xiàng)目以及未來燃料電池汽車和氫能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展進(jìn)行借鑒。二、加氫站的建設(shè)模式歐洲各國(guó)所建的加氫站均為本國(guó)第一座燃料電池大客車車用加氫站，普遍存在著設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，管理依據(jù)欠缺等問題。這些加氫站都是由包括化學(xué)氣體公司（NorskHydro、AirLiquide、MahlerIGS等）、能源公司（Shell、BP等）和當(dāng)?shù)氐墓还镜仍趦?nèi)的數(shù)家企業(yè)聯(lián)合承建，一般說來，各合作方在項(xiàng)目中的主要分工如下：化學(xué)氣體公司：負(fù)責(zé)站上制氫設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，或外供氫氣的制備、運(yùn)輸和儲(chǔ)存，以交鑰匙工程的方式向承擔(dān)加氫站建設(shè)的能源公司提供穩(wěn)定、可靠的氫源，并保證氫氣的品質(zhì)能夠滿足車載燃料電池的要求；能源公司：對(duì)加氫站的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成，負(fù)責(zé)加氫站的安全保護(hù)，以交鑰匙工程的方式向業(yè)主提供建成的加氫站，并保證加氫站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；公交公司：作為加氫站和燃料電池大客車的業(yè)主，負(fù)責(zé)站和車的日常運(yùn)營(yíng)和面向公眾的宣傳教育工作，并將積累的數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)反饋給有關(guān)各方。加氫站建設(shè)的初投資約占當(dāng)?shù)厥痉俄?xiàng)目總投資的10%–30%，因所采取技術(shù)路線的不同而有所差異。如：盧森堡站將外供氫作為氫源，其站上設(shè)備僅花費(fèi)了約55萬歐元（不含運(yùn)輸車輛）；斯圖加特站采用站上天然氣重整制氫，共計(jì)投入了188萬歐元的經(jīng)費(fèi)用于加氫站建設(shè)；其它采用站上電解水制氫的幾個(gè)站，使用的經(jīng)費(fèi)通常在100–150萬歐元之間。由于考慮到項(xiàng)目的示范意義，一些設(shè)備商和承建方為參與到其中來，采用公司內(nèi)部補(bǔ)貼的方法壓低了報(bào)價(jià)；同時(shí)，一些設(shè)備商對(duì)加氫站運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的困難估計(jì)不足，簽訂合同后發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題只能自己花錢解決。這樣，就直接導(dǎo)致了實(shí)際工程造價(jià)難以統(tǒng)計(jì)，并且要高于名義上的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用額，這一點(diǎn)在斯圖加特站上表現(xiàn)得尤為突出。加氫站建設(shè)的經(jīng)費(fèi)來源比較廣，主要來自歐盟CUTE項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)和企業(yè)自籌經(jīng)費(fèi)，另外，各國(guó)政府也提供一定的經(jīng)濟(jì)支持用于加氫站和燃料電池大客車的示范運(yùn)行。經(jīng)費(fèi)來源的分布如下圖所示：圖1、加氫站和燃料電池大客車示范項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)構(gòu)成如果不計(jì)項(xiàng)目規(guī)劃和政府審批所耗費(fèi)的時(shí)間，加氫站的建設(shè)周期大約需要半年至一年左右的時(shí)間。若采用的供氫技術(shù)較為復(fù)雜，可能會(huì)需要更多的系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間。如斯圖加特站為了解決天然氣重整反應(yīng)器最初設(shè)計(jì)中的問題，就花費(fèi)了大約六個(gè)月左右的時(shí)間。由于加氫站建設(shè)的費(fèi)用高，且近期毫無盈利可言，因此，加氫站和燃料電池大客車商業(yè)示范項(xiàng)目的主要參加方均為有實(shí)力的大公司，加氫站建設(shè)成為這些大公司搶占未來清潔能源交通領(lǐng)域的一個(gè)切入點(diǎn)。冰島十余家較小規(guī)模的能源、環(huán)境和交通公司在冰島政府的政策和財(cái)政支持下聯(lián)合起來，共同參與雷克雅未克示范項(xiàng)目，以期在未來的競(jìng)爭(zhēng)中能夠占據(jù)有利地位。這種聯(lián)合的方式值得我國(guó)的公司借鑒。在加氫站建設(shè)和運(yùn)行的同時(shí)，一些當(dāng)?shù)氐目蒲袡C(jī)構(gòu)也參與到其中來，如斯德哥爾摩站中的瑞典皇家理工學(xué)院、斯圖加特站中的斯圖加特大學(xué)等。這些科研機(jī)構(gòu)對(duì)加氫站進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和評(píng)價(jià)，及時(shí)分析其中發(fā)現(xiàn)的問題，為氫能基礎(chǔ)設(shè)施和燃料電池汽車的未來發(fā)展提出建設(shè)性的意見。三、加氫站的技術(shù)特點(diǎn)歐盟的CUTE和ECOTS商業(yè)示范項(xiàng)目共在10個(gè)城市進(jìn)行。每個(gè)城市都采用了相同的Citaro燃料電池大客車，主要目的是檢驗(yàn)不同的地理、氣候和城市交通狀況對(duì)車輛運(yùn)行的影響。加氫站的建設(shè)則燃料電池大客車的選用截然不同，各自采用了不同的技術(shù)方案，其目的在于分析、比較各種供氫方式的設(shè)備可靠性、運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。10個(gè)城市加氫站的技術(shù)路線可分為三類：電解水制氫、外供氫和天然氣重整制氫，其技術(shù)路線示意圖分別如圖2、3、4所示。圖2、電解水制氫技術(shù)路線圖3、外供氫技術(shù)路線圖4、天然氣重整制氫技術(shù)路線電解水制氫裝置電解水制氫的技術(shù)目前已經(jīng)十分成熟，歐洲的10個(gè)城市的加氫站中有5個(gè)采用的就是這種技術(shù)，所考察的斯德哥爾摩、雷克雅未克、阿姆斯特丹和漢堡站都是電解水制氫的加氫站。電解水制氫裝置利用電力將水分解成氫氣和氧氣后，利用壓縮機(jī)將氫氣以高壓形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中，通過加注機(jī)完成向燃料電池大客車的氫氣加注。由于回收成本的問題，制氫過程中所生成的氧氣一般都直接排放到大氣中。考察的4個(gè)電解水站的制氫裝置由NorskHydroElectrolysers（2個(gè)站）和StuartEnergyEurope（2個(gè)站）提供。因電解水制氫技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，各個(gè)站均采用了高度集成的整體殼裝式設(shè)備（參見圖5），十分便于安裝，大大提高了自動(dòng)化程度，同時(shí)減少了設(shè)備所占用空間。圖5、阿姆斯特丹站（左）和漢堡站的電解水制氫裝置因?yàn)橥瑯邮菫榱藵M足3輛Citaro燃料電池大客車的用氫需要，所以各個(gè)加氫站電解水制氫裝置的設(shè)計(jì)能力相當(dāng)，其主要性能如表1所示。表1、水電解制氫設(shè)備性能對(duì)比城市斯德哥爾摩雷克雅未克阿姆斯特丹漢堡制氫能力（Nm3/h）60606060電力供應(yīng)（kW,AC）400390390400電耗（kWh/Nm3）4.8±0.14.8±0.14.8±0.14.8±0.1電解液（%KOH）30303030氫氣壓力（bar）10121012設(shè)備可用率（%）>90989898尺寸（L×W×H,m）12.2×2.55×2.9（含冷凝器）7.7×2.5×4.312.2×2.55×2.9（含冷凝器）7.7×2.5×4.3為體現(xiàn)清潔能源的概念，各個(gè)城市的項(xiàng)目承擔(dān)方特別聲明用于電解水的電力均來自水利、風(fēng)能、太陽能、地?zé)岷蜕镔|(zhì)能等可再生能源，并由電力供應(yīng)商做出相應(yīng)的保證，但實(shí)際上除冰島雷克雅未克站上使用的是真正的清潔電力（85%地?zé)岚l(fā)電，15%水利發(fā)電）外，其它城市使用的都是歐洲大電網(wǎng)所提供的電力，其中應(yīng)有一定份額的火電、核電這樣的不可再生能源。需要特別指出的是，雖然在冰島雷克雅未克和德國(guó)漢堡所使用的電解水制氫裝置由挪威NorskHydroElectrolysers公司提供，但實(shí)際設(shè)備生產(chǎn)商是位于我國(guó)河北邯鄲的船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所，這表明我國(guó)在電解水制氫技術(shù)開發(fā)和設(shè)備生產(chǎn)等領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了世界水平。2、高壓氫氣瓶集束拖車盧森堡站是所考察的六個(gè)加氫站中唯一使用外供氫氣對(duì)燃料電池大客車進(jìn)行加注的。其氫氣來自于200公里以外的一家比利時(shí)鋼鐵企業(yè)的副產(chǎn)氫氣，由AirLiquide制備并負(fù)責(zé)運(yùn)輸。管理加氫站的盧森堡公交公司向AirLiquide租借運(yùn)輸氫氣的3輛高壓氫氣瓶集束拖車（參見圖6），每輛拖車裝有18個(gè)高壓氫氣瓶，每次可以以200bar的壓力運(yùn)送4000Nm3的氫氣。平時(shí)站區(qū)里停泊有2輛拖車，另一輛車往返加氫站和氫源之間，運(yùn)送氫氣，替換站內(nèi)的空車。圖6、盧森堡站所使用的高壓氫氣瓶集束拖車每輛拖車上均裝有壓力傳感器，當(dāng)車上氣瓶的壓力下降到一定程度后，傳感器會(huì)自動(dòng)通知30公里以外的AirLiquide分部的辦公室，以便著手進(jìn)行氫氣運(yùn)輸。拖車的更換大約每2天1次。拖車上高壓氫氣瓶中的氫氣通過管道直接連接到加注機(jī)（參見圖7）。圖7、拖車上的氣瓶直接參與加注由于運(yùn)送來的氫氣已經(jīng)有200bar的壓力，其壓力完全可以滿足給車輛添加燃料時(shí)中、低壓加注的需要，因此，運(yùn)送來的一部分氫氣可以在加注機(jī)內(nèi)壓力邏輯控制盤的調(diào)節(jié)下直接向車輛加注，而不需要通過高壓氫氣壓縮機(jī)。當(dāng)燃料電池大客車車載氣瓶的壓力與拖車上氣瓶的壓力趨于平衡后，再啟用站上壓力為438bar的高壓氫氣儲(chǔ)罐中的氫氣繼續(xù)加注過程。這種加注方式可以大大降低氫氣壓縮機(jī)的功耗，同時(shí)減少站上所需的高壓氫氣儲(chǔ)罐的容積。3、天然氣重整制氫裝置天然氣重整制氫具有制氫成本低的優(yōu)點(diǎn)，并能充分利用已有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施來發(fā)展氫能基礎(chǔ)設(shè)施，但其設(shè)備初投資較大、制備的氫氣需要經(jīng)過純化工藝方能滿足燃料電池的要求。大規(guī)模的天然氣重整制氫（>1000Nm3/h）已廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)之中，加氫站站用規(guī)模（50–200Nm3/h）的天然氣重整制氫技術(shù)目前正在開發(fā)之中。歐洲CUTE計(jì)劃中，馬德里和斯圖加特兩個(gè)城市的加氫站都采用了天然氣重整制氫技術(shù)，其中斯圖加特站的天然氣重整裝置（參見圖8）由MahlerIGS公司設(shè)計(jì)并制造，制氫能力為100Nm3/h。與水電解制氫裝置類似，整套裝置集成在一個(gè)框架之內(nèi)，便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝。圖8、斯圖加特站的天然氣重整制氫裝置所考察的天然氣重整制氫裝置的流程示意圖如圖9所示。將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝臒崃縼碜杂谥卣磻?yīng)器所生成的高溫氫氣和燃燒煙氣。天然氣經(jīng)過預(yù)處理后，吸收氫氣的熱量，并與水蒸汽混合，進(jìn)入重整反應(yīng)器進(jìn)行重整反應(yīng)：CH4+H2O→CO+3H2CO+H2O→CO2+H2重整反應(yīng)的溫度約為900°C，其熱量來自部分天然氣和變壓吸附乏氣的燃燒。圖9、天然氣重整制氫裝置系統(tǒng)示意圖1、天然氣水蒸汽重整器；2、水汽置換反應(yīng)器；3、天然氣預(yù)處理；4、水預(yù)處理；5、冷凝器；6、7、8、9、10、11、熱交換器；12、空氣壓縮機(jī)；13、氫氣壓縮機(jī)；14、吸附塔。重整反應(yīng)所生成的氫氣經(jīng)換熱后，溫度降低，進(jìn)入水汽置換反應(yīng)器進(jìn)行水汽置換反應(yīng)：CO+H2O→CO2+H2該反應(yīng)進(jìn)一步生成氫氣，其反應(yīng)溫度約為320°C。生成的氫氣經(jīng)多次換熱，將熱量傳遞給原料后，進(jìn)入下一級(jí)純化工藝。重整制氫過程所使用的天然氣來自斯圖加特當(dāng)?shù)氐奶烊粴夤?，?shí)際上，該加氫站就建在天然氣公司的場(chǎng)區(qū)內(nèi)。天然氣公司將未加硫的天然氣用于重整制氫，這樣，原料天然氣中的硫含量極低。MahlerIGS公司將原料天然氣通過鋅床脫硫作為預(yù)防手段，并不采用專門的脫硫措施，重整純化后所獲得的氫氣能滿足燃料電池的要求。氫氣的提純采用的是4塔變壓吸附（PSA）（參見圖10）。為獲得更大的氫氣產(chǎn)率，重整和水汽置換反應(yīng)在1.5bar的壓力下進(jìn)行，在進(jìn)入PSA之前，通過氫氣壓縮機(jī)將壓力提高到12bar，利用混合氣體中不同組分在塔內(nèi)吸附、解吸壓力的不同達(dá)到分離的目的。分離下來的雜質(zhì)氣體與部分天然氣混合后，返回重整器燃燒，提供反應(yīng)所需的熱量。圖10、變壓吸附氫氣純化裝置（左）和水蒸汽重整反應(yīng)器由于天然氣中不含硫，通過反應(yīng)器設(shè)計(jì)和燃燒控制，同時(shí)能夠有效地降低氮氧化物的生成，因此，重整器的燃燒煙氣中幾乎沒有SOx、NOx等污染物，煙氣直接排放到大氣中。自2003年10月斯圖加特站投入使用后，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)水蒸汽重整反應(yīng)器（參見圖10）在設(shè)計(jì)上存在問題，主要表現(xiàn)為反應(yīng)器啟動(dòng)困難和運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)6個(gè)月左右的問題查找、技術(shù)分析和設(shè)備改進(jìn)后，整套天然氣重整制氫裝置已能平穩(wěn)運(yùn)行。目前該裝置能夠快速啟動(dòng)（少于一天）、快速停車（數(shù)小時(shí)），制氫能力能夠在40–100Nm3/h范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。若短期內(nèi)產(chǎn)氫過剩，站上會(huì)將氫氣直接排放以保證設(shè)備的正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少反復(fù)啟停對(duì)設(shè)備造成的沖擊。該制氫裝置的其它一些主要性能如表2所示。表2、天然氣重整制氫裝置主要性能制氫能力Nm3/h天然氣消耗Nm3/h水耗kg/h電耗kW(380V)尺寸L×W×H,m10046.51505012×2.5×2.5天然氣重整制氫過程中的重整反應(yīng)和水汽置換反應(yīng)均為催化反應(yīng)，根據(jù)MahlerIGS公司的介紹，所使用的催化劑為鎳基顆粒狀催化劑。由于涉及到反應(yīng)器設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，催化劑的具體組成、顆粒的直徑、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和所做出的改進(jìn)等一些詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容暫時(shí)無法獲得。MahlerIGS公司同時(shí)介紹：該天然氣重整制氫裝置使用了一些特殊設(shè)計(jì)，以防止反復(fù)啟動(dòng)、停車對(duì)對(duì)催化劑和其它設(shè)備造成損害。這些設(shè)計(jì)被證明是成功的，自該裝置2004年3月正式運(yùn)行以來，沒有更換過催化劑，反應(yīng)器的性能也未見下降。這些特殊設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)有待今后進(jìn)一步了解。4、高壓氫氣壓縮機(jī)和增壓機(jī)氫氣的升壓通過高壓氫氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)。在歐洲建有加氫站的10個(gè)城市中，各種類型的壓縮機(jī)都有使用，所考察各站的壓縮機(jī)主要性能如表3所示。表3、高壓氫氣壓縮機(jī)性能比較城市斯德哥爾摩雷克雅未克阿姆斯特丹漢堡盧森堡斯圖加特壓縮機(jī)類型活塞液壓膜片液壓膜片膜片液壓壓縮級(jí)數(shù)211112壓縮能力（Nm3/h）5256230062601005380生產(chǎn)商CompAirHydroPacHoferLindeHoferBurtonCorblinIdroMeccanica為便于安裝，生產(chǎn)商將壓縮機(jī)都集成在一個(gè)密閉箱體中（僅盧森堡站的壓縮機(jī)在頂棚下敞開放置），這樣可以達(dá)到降低噪音的目的。圖11中給出了兩個(gè)站的壓縮機(jī)實(shí)例。圖11、阿姆斯特丹站（左）和斯德哥爾摩站的高壓氫氣壓縮機(jī)阿姆斯特丹站正式運(yùn)行后，壓縮機(jī)經(jīng)常發(fā)生故障。為減少現(xiàn)場(chǎng)維修時(shí)間，滿足維修服務(wù)合同中設(shè)備可用率的要求，壓縮機(jī)生產(chǎn)商Linde公司在壓縮機(jī)故障時(shí)采用整體更換壓縮機(jī)單元的方式，保證加氫站在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。第一次更換壓縮機(jī)單元花費(fèi)了一個(gè)多月的時(shí)間，目前熟練后，更換壓縮機(jī)單元僅需要4個(gè)小時(shí)。壓縮機(jī)單元的更換間隔超過半年，更換所需的費(fèi)用按維修服務(wù)合同中的規(guī)定，由Linde公司承擔(dān)。為符合當(dāng)?shù)氐囊恍┌踩?guī)定，一些加氫站（如斯德哥爾摩站）上的儲(chǔ)氫壓力或儲(chǔ)氫容量受到限制，所儲(chǔ)存的高壓氫氣不能滿足加注，特別是連續(xù)加注的需要。為此，這些站上設(shè)置了增壓機(jī)（booster），將較低壓力的氫氣通過瞬時(shí)增壓后向燃料電池大客車加注。圖12給出了其中兩個(gè)站所使用的增壓機(jī)的照片。圖12、阿姆斯特丹站（左）和斯德哥爾摩站的增壓機(jī)高壓儲(chǔ)罐制備好的高壓氫氣儲(chǔ)存于站上的儲(chǔ)罐之中，供車輛加注之用。各站使用的氫氣儲(chǔ)罐不盡相同（圖13），儲(chǔ)存氫氣的能力也有所不同（表4）。圖13、斯圖加特站（左）和漢堡站的高壓氫氣儲(chǔ)氣瓶表4、各加氫站站上儲(chǔ)氫能力比較城市斯德哥爾摩雷克雅未克阿姆斯特丹漢堡盧森堡斯圖加特儲(chǔ)氫量kg95不詳250400500281儲(chǔ)氫壓力bar380440280440200450250450對(duì)于使用增壓機(jī)進(jìn)行加注的加氫站，儲(chǔ)氫時(shí)不需要很高的壓力；而對(duì)于其它利用站上儲(chǔ)罐和車載氣瓶之間的壓差進(jìn)行加注的加氫站而言，為充分利用儲(chǔ)氣瓶中所儲(chǔ)存的氫氣，加注時(shí)按瓶中壓力的不同將儲(chǔ)氣瓶分為低、中、高壓三各瓶組，在加注機(jī)壓力邏輯控制器的作用下，依次向車輛進(jìn)行加注。這里值得一提的是盧森堡站和斯圖加特站：盧森堡站外供氫氫氣拖車上的氣瓶直接被當(dāng)成了中、低壓氣瓶組，接受加注機(jī)的調(diào)度；斯圖加特站上的高壓儲(chǔ)氣瓶組（450bar，2m3水容積）始終在高壓下使用，壓縮機(jī)優(yōu)先向這些瓶組充氣。這兩個(gè)站的瓶組安排方式可以大大減少站上的高壓儲(chǔ)氣瓶數(shù)量，降低加氫站在壓力容器安全方面的要求。氫氣加注機(jī)氫氣加注機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池大客車的氫氣加注，是加氫站面向用戶的一個(gè)窗口。為了易于為公眾所接受，各個(gè)站上加注機(jī)的外觀設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的汽油、柴油加油機(jī)相仿，但又充分考慮了當(dāng)?shù)毓还净虺薪ǚ剿ㄔO(shè)施的一貫特征，并明確地體現(xiàn)了現(xiàn)代設(shè)備的風(fēng)格（參見圖13）。圖13、阿姆斯特丹（左）、雷克雅未克（中）和斯德哥爾摩站的高壓氫氣加注機(jī)加注機(jī)與被加注車輛之間的連接包括加注槍、通訊電纜和防靜電接地線，分別如圖14、15所示所示。其通訊和加注協(xié)議由DaimlerChrysler公司提供。圖14、加氫站加注槍（左）和站車通訊電纜接頭圖15、加氫站車輛接地線線夾（斯德哥爾摩站）在給車輛進(jìn)行加注時(shí)，按連接接地線、接通通訊電纜、插入并鎖死加注槍的順序進(jìn)行加注機(jī)和加注車輛之間的聯(lián)接，聯(lián)接后的狀態(tài)如圖16所示。打開加注槍上的加注開關(guān)即可開始加注。當(dāng)加注完成后，按上述的相反順序脫離車輛和加注機(jī)。為防止加注過程中車輛移動(dòng)對(duì)加注機(jī)和用氫安全造成的危害，在加注槍軟管和加注機(jī)的連接處設(shè)有拉斷閥（參見圖13）。圖16、與車輛連接的加注槍、接地線和通訊電纜加注機(jī)上均設(shè)有顯示面板（參見圖13），顯示已加注的氫氣總量，氫氣單價(jià)和總價(jià)。由于在CUTE項(xiàng)目中，加氫站和燃料電池大客車同屬當(dāng)?shù)氐墓还?，無需氫氣買賣，因此氫氣計(jì)價(jià)功能并未真正使用。除基本加注數(shù)據(jù)外，一些加氫站的加注機(jī)面板上還能顯示簡(jiǎn)單的交互性提示信息。三、加氫站的安全措施氫氣屬易燃易爆氣體，且在加氫站上以高壓形式儲(chǔ)存，因此，加氫站的用氫安全就顯得極為重要。在考察過程中注意到，各個(gè)加氫站都采用了比較嚴(yán)密的安全措施。出于安裝方面的考慮，電解水制氫裝置、壓縮機(jī)等一些設(shè)備被集成在密閉的箱體內(nèi)，這些箱體內(nèi)部都設(shè)有氫氣探頭，并在箱體頂部設(shè)置有強(qiáng)制通風(fēng)裝置（參見圖17）。一旦氫氣探頭監(jiān)測(cè)到箱內(nèi)的設(shè)備有氫氣泄漏，則在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)打開強(qiáng)制通風(fēng)裝置，將泄漏的氫氣排到箱體外的開放空間，防止氫氣在密閉箱體內(nèi)積累。對(duì)于一些半開放的箱體，其頂部最高處設(shè)有氫氣排放管，使泄漏的氫氣可以通過該管逃逸出去（參見圖17）。圖17、箱體內(nèi)的氫氣探頭、箱體頂部的通風(fēng)裝置和氫氣排放管（斯德哥爾摩站）所考察的大多數(shù)加氫站中，其高壓氫氣儲(chǔ)氣瓶都是露天存放（參見圖13），因此不需要上述的氫氣泄漏監(jiān)測(cè)和通風(fēng)裝置。儲(chǔ)氣瓶的擺放遵循當(dāng)?shù)氐膲毫θ萜骱拖腊踩?guī)定，滿足安全距離的要求。加氫站的主要設(shè)備上都設(shè)有緊急制動(dòng)開關(guān)（參見圖18），一旦加氫站出現(xiàn)緊急情況，操作人員無需對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)操作，只需按動(dòng)這些開關(guān)，即可迅速地發(fā)出警報(bào)，關(guān)閉加氫站，并啟動(dòng)安全保護(hù)裝置。圖18、設(shè)在加注機(jī)和儲(chǔ)氫區(qū)的緊急制動(dòng)開關(guān)（斯德哥爾摩站）若加氫站同周邊建筑物之間的距離無法滿足當(dāng)?shù)叵腊踩?guī)定中所要求的安全距離，則需要在加氫站主要設(shè)備周圍設(shè)置防火墻（參加圖19）。圖19、斯德哥爾摩站（左）和雷克雅未克站周邊的防火墻在所考察的各個(gè)加氫站中，盧森堡站具有最大的站上儲(chǔ)氫量（500kg外供氫），它對(duì)站上涉及氫氣的操作有著與其它各站不同的安全規(guī)定。首先，盧森堡站將儲(chǔ)氫區(qū)劃定在較為偏僻的小山坡上，與公交總站的其它區(qū)域分離開。儲(chǔ)氫區(qū)四面圍有鐵柵欄，其開口專供高壓氫氣瓶集束拖車進(jìn)出，防止因與其它車輛混用出、入口而發(fā)生碰撞等意外事故。其次，盧森堡站在加注區(qū)域內(nèi)劃定了禁入?yún)^(qū)（圖20中白色陰影線區(qū)域），當(dāng)有車輛在進(jìn)行加注時(shí)，禁止任何人員或車輛進(jìn)入該區(qū)域，以防止對(duì)加氫過程的干擾。在禁入?yún)^(qū)外設(shè)有集中控制臺(tái)，這里實(shí)時(shí)記錄并匯總氫氣的溫度、壓力等數(shù)據(jù)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)站上主要設(shè)備的控制。圖20、盧森堡站上的禁入?yún)^(qū)和集中控制臺(tái)氫燃料的加注由被加注車輛的駕駛員完成。駕駛員在駕駛?cè)剂想姵剀囕v和使用加氫站上的加注機(jī)之前都接受過培訓(xùn)，但各站培訓(xùn)的駕駛員人數(shù)差異很大。如斯圖加特站僅培訓(xùn)了6名專職燃料電池車輛的駕駛員，以強(qiáng)調(diào)車、站安全和駕駛員的責(zé)任；阿姆斯特丹站培訓(xùn)了26名駕駛員，以方便車輛和駕駛員的運(yùn)行調(diào)度；盧森堡站則培訓(xùn)了上百名駕駛員，以展示燃料電池大客車的公眾化。各站的培訓(xùn)內(nèi)容基本上都是注重燃料電池車輛和加注機(jī)的操作，較少涉及到緊急情況下的特殊應(yīng)急安全措施。四、加氫站的審批從考察中了解到，歐洲各個(gè)城市加氫站的建設(shè)和燃料電池車輛的運(yùn)行，普遍需要當(dāng)?shù)卣畽C(jī)構(gòu)中環(huán)境、消防和建筑管理部門的審批。在歐盟CUTE和冰島ECOTS項(xiàng)目實(shí)施的前期，當(dāng)技術(shù)方案確定后，各個(gè)城市的項(xiàng)目在審批過程中都遇到了比較大的困難，這些困難主要表現(xiàn)為：政府部門的審批缺乏必要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范；對(duì)加氫站和燃料電池車輛的管理缺乏必要的依據(jù)。為解決這些問題，推動(dòng)示范項(xiàng)目的進(jìn)展，各個(gè)城市采用了不同的審批對(duì)策，其中，阿姆斯特丹和斯圖加特是比較有代表性的城市：阿姆斯特丹站審批的重點(diǎn)在環(huán)境和安全方面，由于審批的依據(jù)匱乏，政府部門審批時(shí)參考的主要內(nèi)容有：國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)歐洲天然氣安全及使用標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)有關(guān)氫氣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)本國(guó)加油站、加氣站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)內(nèi)部規(guī)范ShellHydrogen（項(xiàng)目承擔(dān)方）的用氫安全規(guī)范HoekLoos（交鑰匙工程的實(shí)際承建方）的用氫安全規(guī)范DaimlerChrysler的燃料電池車輛操作及維護(hù)手冊(cè)在綜合已有的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)內(nèi)部規(guī)范的基礎(chǔ)上，阿姆斯特丹市政府就加氫站建設(shè)和燃料電池車輛運(yùn)行的問題舉行公開聽證會(huì)，加氫站的技術(shù)方案經(jīng)專家討論、確認(rèn)后，政府有關(guān)部門發(fā)放相應(yīng)的許可。其中，加氫站運(yùn)行許可的有效期僅為一年，每年政府將組織有關(guān)專家到加氫站站區(qū)進(jìn)行安全檢查，以決定是否將運(yùn)行許可延長(zhǎng)到下一年。斯圖加特站的審批與上述方式不同。該站由斯圖加特市政府的有關(guān)部門出面，聘請(qǐng)有豐富用氫安全經(jīng)驗(yàn)的化工公司擔(dān)任獨(dú)立的第三方，對(duì)加氫站的技術(shù)方案進(jìn)行評(píng)審，其評(píng)審意見即作為政府的意見，轉(zhuǎn)達(dá)給項(xiàng)目承擔(dān)方。由于斯圖加特站采用的是較為復(fù)雜的天然氣重整制氫工藝，這種政府審批的方式較阿姆斯特丹站的聽證會(huì)方式更為適合。由于沒有先例，歐洲各個(gè)城市加氫站項(xiàng)目的審批均比其它類似項(xiàng)目的審批耗時(shí)長(zhǎng)，斯圖加特和阿姆斯特丹站的審批各花費(fèi)了約半年左右的時(shí)間，而斯德哥爾摩站的審批前前后后用了一年的時(shí)間。五、加氫站的運(yùn)行無論采用何種技術(shù)方案，歐洲各加氫站均按無人職守的運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其自動(dòng)化程度較高，站上各設(shè)備不需專門的操作、管理人員。氫氣加注對(duì)燃料電池車輛的氫氣加注由車輛駕駛員完成，DaimlerChrysler公司的燃料電池大客車一次最多可充氫氣44kg，可滿足公共汽車一天的運(yùn)行需要（約200km），因此，運(yùn)行的每輛車每天只需加注一次燃料，每次約加注20–30kg氫氣，具體的加注量取決于車載氣瓶中的剩余氫氣量。加氫站上儲(chǔ)備的高壓氫氣量決定了每次加注所需的時(shí)間。儲(chǔ)氫量較大的盧森堡、漢堡等站，可在10–12分鐘內(nèi)向車輛加注30kg氫氣，即使是多車連續(xù)加注，其加注時(shí)間也不會(huì)延長(zhǎng)；而對(duì)儲(chǔ)氫量較小，并需要增壓機(jī)進(jìn)行升壓加注的斯德哥爾摩、阿姆斯特丹等站而言，其平均加注時(shí)間約為18–20分鐘，在連續(xù)加注時(shí)，加注時(shí)間差異明顯。如阿姆斯特丹站，其連續(xù)加注3輛車的時(shí)間分別為12分鐘、17分鐘和25分鐘。氫氣生產(chǎn)對(duì)使用外供氫的盧森堡站而言，燃料電池車輛的運(yùn)行模式，即氫氣消耗的特性，不會(huì)影響站上設(shè)備的運(yùn)行方式；對(duì)站上制氫的其它加氫站來說，制氫設(shè)備工作與否，與氫氣消耗直接相關(guān)。各個(gè)城市的燃料電池大客車每周運(yùn)營(yíng)5–6天，利用周末進(jìn)行車輛的維護(hù)和檢修，這一期間沒有燃料氫氣的消耗。由于站上電解水制氫裝置控制簡(jiǎn)單，啟停方便，可以根據(jù)站上的實(shí)際儲(chǔ)氫量進(jìn)行產(chǎn)能調(diào)節(jié)，因此在周末，當(dāng)站上高壓儲(chǔ)氣瓶充滿后，電解水制氫設(shè)備就基本停止了氫氣生產(chǎn)。天然氣重整制氫裝置要盡量避免反復(fù)啟停對(duì)設(shè)備和催化劑造成的損害，因此，斯圖加特站的站上制氫設(shè)備即使在周末沒有氫氣消耗時(shí)也連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。該站目前采取的辦法是：在周末前一、兩天將制氫設(shè)備的產(chǎn)能調(diào)低，并盡量消耗站上儲(chǔ)存的高壓氫氣；利用周末的時(shí)間將生產(chǎn)出來的氫氣充滿站上的儲(chǔ)氣瓶；若氫氣仍然過剩，便將多余的氫氣排放。設(shè)備維護(hù)加氫站上主要設(shè)備的維護(hù)由設(shè)備供應(yīng)商按早先同業(yè)主簽訂的設(shè)備維護(hù)服務(wù)合同進(jìn)行，以保證加氫站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備供應(yīng)商對(duì)站上的主要設(shè)備一般每周進(jìn)行一次例行檢查，每半年進(jìn)行一次常規(guī)維護(hù)，隨時(shí)解決所發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題。自各加氫站正式運(yùn)行一年以來，除個(gè)別設(shè)備外（如阿姆斯特丹站的高壓氫氣壓縮機(jī)），站上的主要設(shè)備均運(yùn)轉(zhuǎn)良好。六、制氫經(jīng)濟(jì)性比較由于歐盟的CUTE計(jì)劃和冰島的ECOTS計(jì)劃尚未結(jié)束，許多技術(shù)數(shù)據(jù)還在收集當(dāng)中，而且已有的數(shù)據(jù)也暫不公開，因此這里只能對(duì)外供氫、站上電解水制氫和站上天然氣重整制氫這三種加氫站技術(shù)路線進(jìn)行一下簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。初投資從初投資的角度來說，租借氫氣運(yùn)輸車輛的外供氫方式無疑是最有吸引力的。以這種方式運(yùn)行的盧森堡站，其站上設(shè)備僅花費(fèi)了55萬歐元，但如果為了實(shí)現(xiàn)外供氫而專門購買氫氣運(yùn)輸車輛，同時(shí)考慮到車輛運(yùn)行的人員費(fèi)用，這